焊接結(jié)構(gòu)學(xué)焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、知識(shí)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)掌握程度掌握程度相關(guān)內(nèi)容相關(guān)內(nèi)容焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、類(lèi)型類(lèi)型熟悉焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和熟悉焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不足，了解其分類(lèi)方法，熟不足，了解其分類(lèi)方法，熟悉其所涉及的力學(xué)性能悉其所涉及的力學(xué)性能焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)、不足；按焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)、不足；按用途、結(jié)構(gòu)形式、制造方法用途、結(jié)構(gòu)形式、制造方法分類(lèi)；靜載力學(xué)性能、斷裂分類(lèi)；靜載力學(xué)性能、斷裂性能、疲勞性能、應(yīng)力腐蝕性能、疲勞性能、應(yīng)力腐蝕性能、高溫力學(xué)性能性能、高溫力學(xué)性能焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征征了解三種類(lèi)型焊接結(jié)構(gòu)了解三種類(lèi)型焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征的力學(xué)特征桁架結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)和實(shí)桁架結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)和實(shí)體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征體結(jié)構(gòu)的

2、力學(xué)特征焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熟悉焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基熟悉焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)、基本要求、基本方本特點(diǎn)、基本要求、基本方法和合理性分析；結(jié)合典型法和合理性分析；結(jié)合典型焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例分析，掌握焊焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例分析，掌握焊接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)接接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)基本要求：以實(shí)用性設(shè)計(jì)基本要求：以實(shí)用性為核心，以可靠性為前提，為核心，以可靠性為前提，以工藝性和經(jīng)濟(jì)性為制約條以工藝性和經(jīng)濟(jì)性為制約條件。從實(shí)用性、可靠性、工件。從實(shí)用性、可靠性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性四方面進(jìn)行焊藝性和經(jīng)濟(jì)性四方面進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性分析接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性分析1/2532/253由于焊接結(jié)構(gòu)的使用目的不同，所用的材由于焊接結(jié)構(gòu)的使

3、用目的不同，所用的材料種類(lèi)、結(jié)構(gòu)形式、尺寸精度、焊接方法和焊料種類(lèi)、結(jié)構(gòu)形式、尺寸精度、焊接方法和焊接工藝也不相同，這就使得焊接結(jié)構(gòu)種類(lèi)頗多。接工藝也不相同，這就使得焊接結(jié)構(gòu)種類(lèi)頗多。但焊接結(jié)構(gòu)的主要作用是一致的，但焊接結(jié)構(gòu)的主要作用是一致的，那就是能夠那就是能夠長(zhǎng)時(shí)間承受自身重量及外部載荷而保持其形狀長(zhǎng)時(shí)間承受自身重量及外部載荷而保持其形狀和性能不變。和性能不變。本章只從大型焊接結(jié)構(gòu)的角度考慮，討論本章只從大型焊接結(jié)構(gòu)的角度考慮，討論焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、類(lèi)型、力學(xué)特征和設(shè)計(jì)思路，焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、類(lèi)型、力學(xué)特征和設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步對(duì)典型焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)特征和焊進(jìn)一步對(duì)典型焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)特征

4、和焊接接頭設(shè)計(jì)分析。接接頭設(shè)計(jì)分析。 3/2537.1 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分類(lèi)焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分類(lèi)7.2 焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征7.3 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.4 焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例分析焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例分析4/2537.1.1 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 焊接結(jié)構(gòu)的原材料多為經(jīng)過(guò)軋制的板材焊接結(jié)構(gòu)的原材料多為經(jīng)過(guò)軋制的板材和各種斷面形狀的型材，這些材料的強(qiáng)度高、和各種斷面形狀的型材，這些材料的強(qiáng)度高、韌性好、易于加工，因此焊接結(jié)構(gòu)工藝性能韌性好、易于加工，因此焊接結(jié)構(gòu)工藝性能和力學(xué)性能都非常好，承受動(dòng)載荷時(shí)的疲勞和力學(xué)性能都非常好，承受動(dòng)載荷時(shí)的疲勞強(qiáng)度也令人滿(mǎn)意。強(qiáng)度也令人滿(mǎn)意。1. 焊

5、接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)5/253 鉚接或栓接結(jié)構(gòu)的接頭須預(yù)先在母材上鉆孔，鉚接或栓接結(jié)構(gòu)的接頭須預(yù)先在母材上鉆孔，釘孔削弱了連接接頭的工作截面，連接接頭的強(qiáng)釘孔削弱了連接接頭的工作截面，連接接頭的強(qiáng)度只有母材強(qiáng)度的度只有母材強(qiáng)度的80%左右。左右。 現(xiàn)代焊接技術(shù)已經(jīng)能夠使得焊接接頭強(qiáng)度等現(xiàn)代焊接技術(shù)已經(jīng)能夠使得焊接接頭強(qiáng)度等于甚至高于母材的強(qiáng)度，也具有良好的疲勞性能于甚至高于母材的強(qiáng)度，也具有良好的疲勞性能和斷裂韌性。和斷裂韌性。多為多為或或，與鑄造和鍛造結(jié)構(gòu)相比，當(dāng)承受的載荷和工作條與鑄造和鍛造結(jié)構(gòu)相比，當(dāng)承受的載荷和工作條件相同時(shí)，焊接結(jié)構(gòu)自重較輕、節(jié)省材料、所需件相同時(shí)，焊接結(jié)構(gòu)自重

6、較輕、節(jié)省材料、所需截面較小，運(yùn)輸和架設(shè)也較方便。截面較小，運(yùn)輸和架設(shè)也較方便。6/253 軋制鋼板具有良好的塑性，在一般情況下，軋制鋼板具有良好的塑性，在一般情況下，不會(huì)因?yàn)榫植砍d造成突然斷裂破壞，而是事不會(huì)因?yàn)榫植砍d造成突然斷裂破壞，而是事先出現(xiàn)較大的變形預(yù)兆，以便采取補(bǔ)救措施。先出現(xiàn)較大的變形預(yù)兆，以便采取補(bǔ)救措施。軋制鋼板還具有良好的韌性，對(duì)作用在結(jié)構(gòu)上軋制鋼板還具有良好的韌性，對(duì)作用在結(jié)構(gòu)上的動(dòng)載荷適應(yīng)性強(qiáng)，為焊接結(jié)構(gòu)的安全使用提的動(dòng)載荷適應(yīng)性強(qiáng)，為焊接結(jié)構(gòu)的安全使用提供了可靠保證。供了可靠保證。焊接結(jié)構(gòu)為一個(gè)整體，具有較大的抗變形焊接結(jié)構(gòu)為一個(gè)整體，具有較大的抗變形7/253能

7、力，因此可以長(zhǎng)期保持原有設(shè)計(jì)形狀不變。能力，因此可以長(zhǎng)期保持原有設(shè)計(jì)形狀不變。但是這一優(yōu)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)失效時(shí)就變成了缺點(diǎn)，容但是這一優(yōu)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)失效時(shí)就變成了缺點(diǎn)，容易造成脆性斷裂和整體斷裂。易造成脆性斷裂和整體斷裂。 鋼板和型材的內(nèi)部組織均勻，各個(gè)方向的鋼板和型材的內(nèi)部組織均勻，各個(gè)方向的力學(xué)性能基本相同，在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，鋼力學(xué)性能基本相同，在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，鋼板和型材處于理想彈性狀態(tài)，與工程力學(xué)所采板和型材處于理想彈性狀態(tài)，與工程力學(xué)所采用的基本假定較吻合，故焊接結(jié)構(gòu)承載能力計(jì)用的基本假定較吻合，故焊接結(jié)構(gòu)承載能力計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。8/253 采用焊接方法連接容易做到緊密不滲

8、漏，采用焊接方法連接容易做到緊密不滲漏，密封性好，適用于制造各種容器，尤其是密封性好，適用于制造各種容器，尤其是。 此外，大型焊接結(jié)構(gòu)適用于工廠制造、工此外，大型焊接結(jié)構(gòu)適用于工廠制造、工地安裝的施工方法，結(jié)構(gòu)部件形狀尺寸精度高，地安裝的施工方法，結(jié)構(gòu)部件形狀尺寸精度高，鉚焊和栓焊結(jié)構(gòu)共同存在，使焊接結(jié)構(gòu)綜合力鉚焊和栓焊結(jié)構(gòu)共同存在，使焊接結(jié)構(gòu)綜合力學(xué)性能得到最大限度的發(fā)揮。學(xué)性能得到最大限度的發(fā)揮。 9/2532. 焊接結(jié)構(gòu)的不足之處焊接結(jié)構(gòu)的不足之處 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)的焊接熱循環(huán)作用，的焊接熱循環(huán)作用，使得焊接結(jié)構(gòu)具有自身獨(dú)特的力學(xué)特點(diǎn)。使得焊接結(jié)構(gòu)具有自身獨(dú)特的力學(xué)特點(diǎn)。10/253只有正確認(rèn)識(shí)

9、并掌握了這些特點(diǎn)，做只有正確認(rèn)識(shí)并掌握了這些特點(diǎn)，做到到和和，才能生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的焊，才能生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的焊接結(jié)構(gòu)。接結(jié)構(gòu)。11/2537.1.2 焊接結(jié)構(gòu)的分類(lèi)焊接結(jié)構(gòu)的分類(lèi) 焊接結(jié)構(gòu)類(lèi)型眾多，其分類(lèi)方法也不盡焊接結(jié)構(gòu)類(lèi)型眾多，其分類(lèi)方法也不盡相同，各分類(lèi)方法之間也有交叉和重復(fù)現(xiàn)象。相同，各分類(lèi)方法之間也有交叉和重復(fù)現(xiàn)象。即使同一焊接結(jié)構(gòu)之中也有局部的不同結(jié)構(gòu)即使同一焊接結(jié)構(gòu)之中也有局部的不同結(jié)構(gòu)形式，因此很難準(zhǔn)確和清晰地對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。形式，因此很難準(zhǔn)確和清晰地對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。 通?？梢詮耐ǔ？梢詮模ㄊ褂谜撸?、（使用者）、（設(shè)計(jì)者）和（設(shè)計(jì)者）和（生產(chǎn)者）來(lái)進(jìn)行分（生產(chǎn)者）來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，

10、見(jiàn)表類(lèi)，見(jiàn)表7-1。 12/253分類(lèi)方法分類(lèi)方法結(jié)構(gòu)類(lèi)型結(jié)構(gòu)類(lèi)型焊接結(jié)構(gòu)的代表產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)的代表產(chǎn)品主要受力載荷形式主要受力載荷形式按按分類(lèi)分類(lèi)運(yùn)載工具運(yùn)載工具汽車(chē)、火車(chē)、船舶、飛機(jī)、航天器等汽車(chē)、火車(chē)、船舶、飛機(jī)、航天器等靜載、交變載荷、沖擊載荷靜載、交變載荷、沖擊載荷存貯容器存貯容器氣罐、油罐、料倉(cāng)等氣罐、油罐、料倉(cāng)等靜載靜載壓力容器壓力容器鍋爐、鋼包、反應(yīng)釜、冶煉爐、氣罐等鍋爐、鋼包、反應(yīng)釜、冶煉爐、氣罐等靜載、熱疲勞載荷、高溫載荷靜載、熱疲勞載荷、高溫載荷起重設(shè)備起重設(shè)備建筑塔吊、車(chē)間行車(chē)、汽車(chē)吊等建筑塔吊、車(chē)間行車(chē)、汽車(chē)吊等靜載、低周疲勞載荷靜載、低周疲勞載荷建筑設(shè)施建筑設(shè)施橋梁、

11、鋼結(jié)構(gòu)的房屋、廠房、場(chǎng)館等橋梁、鋼結(jié)構(gòu)的房屋、廠房、場(chǎng)館等靜載、風(fēng)雪載荷、低周疲勞載荷靜載、風(fēng)雪載荷、低周疲勞載荷海洋設(shè)施海洋設(shè)施船舶、港口起重設(shè)備、海洋鉆井平臺(tái)等船舶、港口起重設(shè)備、海洋鉆井平臺(tái)等靜載、疲勞載荷、應(yīng)力腐蝕靜載、疲勞載荷、應(yīng)力腐蝕焊接機(jī)器焊接機(jī)器減速機(jī)、機(jī)床機(jī)身、旋轉(zhuǎn)體等減速機(jī)、機(jī)床機(jī)身、旋轉(zhuǎn)體等靜載、交變載荷靜載、交變載荷按按分類(lèi)分類(lèi)桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)橋梁、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等橋梁、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等靜載、低周疲勞載荷、大氣腐蝕靜載、低周疲勞載荷、大氣腐蝕板殼結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)壓力容器、鍋爐、管道等壓力容器、鍋爐、管道等靜載、交變載荷、應(yīng)力腐蝕靜載、交變載荷、應(yīng)力腐蝕實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)機(jī)床機(jī)身、機(jī)器、旋

12、轉(zhuǎn)體等機(jī)床機(jī)身、機(jī)器、旋轉(zhuǎn)體等靜載、交變載荷靜載、交變載荷按按分類(lèi)分類(lèi)鉚焊結(jié)構(gòu)鉚焊結(jié)構(gòu)小型機(jī)器結(jié)構(gòu)等小型機(jī)器結(jié)構(gòu)等靜載、交變載荷靜載、交變載荷栓焊結(jié)構(gòu)栓焊結(jié)構(gòu)橋梁、輕鋼結(jié)構(gòu)等橋梁、輕鋼結(jié)構(gòu)等靜載、風(fēng)雪載荷、低周疲勞靜載、風(fēng)雪載荷、低周疲勞鑄焊結(jié)構(gòu)鑄焊結(jié)構(gòu)機(jī)床機(jī)身等機(jī)床機(jī)身等靜載、交變載荷靜載、交變載荷鍛焊結(jié)構(gòu)鍛焊結(jié)構(gòu)機(jī)器零件、大型厚壁壓力容器等機(jī)器零件、大型厚壁壓力容器等靜載、交變載荷靜載、交變載荷全焊結(jié)構(gòu)全焊結(jié)構(gòu)起重設(shè)備、船舶、壓力容器等起重設(shè)備、船舶、壓力容器等靜載、交變載荷、應(yīng)力腐蝕靜載、交變載荷、應(yīng)力腐蝕表表7-1 焊接結(jié)構(gòu)的類(lèi)型焊接結(jié)構(gòu)的類(lèi)型13/253 從從考慮，主要按考慮，主要按

13、進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法不僅適合于專(zhuān)業(yè)進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法不僅適合于專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，也適合于普通人員，可以使使用者技術(shù)人員，也適合于普通人員，可以使使用者清晰地了解焊接結(jié)構(gòu)的形狀尺寸、功能作用、清晰地了解焊接結(jié)構(gòu)的形狀尺寸、功能作用、承受載荷類(lèi)型以及對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求，有利于承受載荷類(lèi)型以及對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求，有利于所用材料的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所用材料的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 例如，提起交通運(yùn)載工具，人們自然想到例如，提起交通運(yùn)載工具，人們自然想到的是輕質(zhì)、高速、安全、能耗等問(wèn)題。這也是的是輕質(zhì)、高速、安全、能耗等問(wèn)題。這也是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者和制造者首先考慮的分類(lèi)方法。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者和制造者首先考慮的分類(lèi)

14、方法。14/253 從從考慮，主要按考慮，主要按進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法主要適用于專(zhuān)業(yè)進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法主要適用于專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，有利于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行受力分析、結(jié)技術(shù)人員，有利于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行受力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇。構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇。 主要結(jié)構(gòu)形式有主要結(jié)構(gòu)形式有、和和三種形式，其具體選擇依賴(lài)于焊接結(jié)構(gòu)三種形式，其具體選擇依賴(lài)于焊接結(jié)構(gòu)的用途、承受載荷的能力和自身重量等。如板的用途、承受載荷的能力和自身重量等。如板殼結(jié)構(gòu)比桁架結(jié)構(gòu)的承載能力大，而實(shí)體結(jié)構(gòu)殼結(jié)構(gòu)比桁架結(jié)構(gòu)的承載能力大，而實(shí)體結(jié)構(gòu)主要用于機(jī)器和機(jī)床機(jī)身等結(jié)構(gòu)。主要用于機(jī)器和機(jī)床機(jī)身等結(jié)構(gòu)。15/253 從從考慮，主要按考慮，

15、主要按進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法主要適進(jìn)行分類(lèi)。這樣的分類(lèi)方法主要適用于制造工藝人員，要從焊接結(jié)構(gòu)的使用性用于制造工藝人員，要從焊接結(jié)構(gòu)的使用性能、形狀大小、生產(chǎn)規(guī)模、制造成本以及材能、形狀大小、生產(chǎn)規(guī)模、制造成本以及材料的加工工藝性能等方面考慮，以便在保證料的加工工藝性能等方面考慮，以便在保證滿(mǎn)足使用性能的要求下，提高生產(chǎn)效率，降滿(mǎn)足使用性能的要求下，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。低制造成本。 例如，橋梁多為栓焊結(jié)構(gòu)，其梁柱構(gòu)件例如，橋梁多為栓焊結(jié)構(gòu)，其梁柱構(gòu)件均在工廠內(nèi)采用焊接方法制造，在工地現(xiàn)場(chǎng)均在工廠內(nèi)采用焊接方法制造，在工地現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行螺栓聯(lián)接。只進(jìn)行螺栓聯(lián)接。16/253 和和是指鑄造或

16、鍛造部是指鑄造或鍛造部件通過(guò)焊接形成尺寸更大，不能一次鑄造和件通過(guò)焊接形成尺寸更大，不能一次鑄造和鍛造的結(jié)構(gòu)，這些方法在大型厚壁重型結(jié)構(gòu)鍛造的結(jié)構(gòu)，這些方法在大型厚壁重型結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。中得到應(yīng)用。 隨著焊接技術(shù)水平的不斷提高，隨著焊接技術(shù)水平的不斷提高，得到了快速發(fā)展，如船舶、壓力容器得到了快速發(fā)展，如船舶、壓力容器和起重設(shè)備等等。和起重設(shè)備等等。17/2537.1.3 焊接結(jié)構(gòu)涉及的力學(xué)性能焊接結(jié)構(gòu)涉及的力學(xué)性能 在在、和和的作用下，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有保持其自的作用下，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)具有保持其自身形狀不變的能力，即具有身形狀不變的能力，即具有和和的能力，因此焊接結(jié)構(gòu)必須具有滿(mǎn)足使的能力，因此焊接結(jié)

17、構(gòu)必須具有滿(mǎn)足使用要求的力學(xué)性能。用要求的力學(xué)性能。 主要考慮的力學(xué)性能見(jiàn)表主要考慮的力學(xué)性能見(jiàn)表7-2。 18/253力學(xué)性能力學(xué)性能具體指標(biāo)具體指標(biāo)涉及的焊接結(jié)構(gòu)或部件涉及的焊接結(jié)構(gòu)或部件主要試驗(yàn)方法主要試驗(yàn)方法一般靜載一般靜載力學(xué)性能力學(xué)性能屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度所有焊接結(jié)構(gòu)所有焊接結(jié)構(gòu)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度所有焊接結(jié)構(gòu)所有焊接結(jié)構(gòu)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力承受壓力的支柱、薄板結(jié)構(gòu)承受壓力的支柱、薄板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)試驗(yàn)失穩(wěn)試驗(yàn)硬度硬度焊接接頭焊接接頭硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)剛度剛度梁、機(jī)床機(jī)身梁、機(jī)床機(jī)身拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)抗彎剛度抗彎剛度梁、板殼結(jié)構(gòu)梁、板殼結(jié)構(gòu)彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)抗扭

18、剛度抗扭剛度梁、柱結(jié)構(gòu)梁、柱結(jié)構(gòu)扭曲試驗(yàn)扭曲試驗(yàn)斷裂斷裂力學(xué)力學(xué)性能性能缺口韌度缺口韌度所有焊接結(jié)構(gòu)，尤其是低溫結(jié)構(gòu)所有焊接結(jié)構(gòu)，尤其是低溫結(jié)構(gòu)缺口沖擊試驗(yàn)缺口沖擊試驗(yàn)斷裂韌度斷裂韌度厚板和重要焊接結(jié)構(gòu)、低溫結(jié)構(gòu)厚板和重要焊接結(jié)構(gòu)、低溫結(jié)構(gòu)斷裂韌性試驗(yàn)斷裂韌性試驗(yàn)表表7-2 焊接結(jié)構(gòu)涉及的力學(xué)性能焊接結(jié)構(gòu)涉及的力學(xué)性能（接下頁(yè)）（接下頁(yè)）19/253疲勞疲勞力學(xué)力學(xué)性能性能疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度承受交變載荷的焊接結(jié)構(gòu)承受交變載荷的焊接結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)裂紋擴(kuò)展速率裂紋擴(kuò)展速率承受交變載荷的焊接結(jié)構(gòu)承受交變載荷的焊接結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕性能性能應(yīng)力腐蝕門(mén)檻值應(yīng)力腐蝕門(mén)

19、檻值腐蝕環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)腐蝕環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率展速率腐蝕環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)腐蝕環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)高溫高溫力學(xué)力學(xué)性能性能蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐蠕變?cè)囼?yàn)蠕變?cè)囼?yàn)蠕變速率蠕變速率高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐蠕變?cè)囼?yàn)蠕變?cè)囼?yàn)蠕變持久強(qiáng)度蠕變持久強(qiáng)度高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐蠕變持久強(qiáng)度試驗(yàn)蠕變持久強(qiáng)度試驗(yàn)蠕變裂紋擴(kuò)展蠕變裂紋擴(kuò)展速率速率高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐高溫焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐蠕變裂紋擴(kuò)展速率蠕變裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)試驗(yàn)（續(xù)上頁(yè)）（續(xù)上頁(yè)）

20、20/2537.2.1 桁架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征桁架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征可容納可容納6萬(wàn)觀眾的沈陽(yáng)奧體中心鋼結(jié)構(gòu)工程萬(wàn)觀眾的沈陽(yáng)奧體中心鋼結(jié)構(gòu)工程主拱全長(zhǎng)主拱全長(zhǎng)360米，為全國(guó)最大的米，為全國(guó)最大的沈沈陽(yáng)陽(yáng)奧奧體體中中心心21/253神舟飛船發(fā)射塔架（神舟飛船發(fā)射塔架（100100多米高）多米高）22/2531. 桁架結(jié)構(gòu)及適用范圍桁架結(jié)構(gòu)及適用范圍 又稱(chēng)為桿系結(jié)構(gòu)，是指由長(zhǎng)度遠(yuǎn)大又稱(chēng)為桿系結(jié)構(gòu)，是指由長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其寬度和厚度的桿件在節(jié)點(diǎn)處通過(guò)焊接工藝相于其寬度和厚度的桿件在節(jié)點(diǎn)處通過(guò)焊接工藝相互連接組成能夠承受橫向彎曲的結(jié)構(gòu)，其桿件按互連接組成能夠承受橫向彎曲的結(jié)構(gòu)，其桿件按照一定的規(guī)律組成幾何不變

21、結(jié)構(gòu)。照一定的規(guī)律組成幾何不變結(jié)構(gòu)。 焊接桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、起重焊接桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、起重機(jī)、高壓輸電線路和廣播電視發(fā)射塔架等，如圖機(jī)、高壓輸電線路和廣播電視發(fā)射塔架等，如圖7-1所示。所示。的不同，又可分為的不同，又可分為(圖圖7-1c)、(圖圖7-1a)和和(圖圖7-1b,d,e)。23/253圖圖7-1 基于用途的桁架種類(lèi)基于用途的桁架種類(lèi)a) 屋蓋桁架屋蓋桁架 b) 橋梁桁架橋梁桁架 c) 拱形橋梁桁架拱形橋梁桁架 d) 龍門(mén)起重機(jī)桁龍門(mén)起重機(jī)桁 e) 懸吊組合橋桁架懸吊組合橋桁架24/253 是一種高次超靜定的空間桿系結(jié)是一種高次超靜定的空間桿系結(jié)構(gòu)（圖構(gòu)（圖

22、7-2）。其空間剛度大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定）。其空間剛度大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)和安全度高，具有良好的抗震性能和較好性強(qiáng)和安全度高，具有良好的抗震性能和較好的建筑造型效果，同時(shí)兼有重量輕、省材料、的建筑造型效果，同時(shí)兼有重量輕、省材料、制作安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用于大、中跨制作安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用于大、中跨度屋蓋體系的結(jié)構(gòu)形式。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)度屋蓋體系的結(jié)構(gòu)形式。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分可分為為(簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)架，見(jiàn)圖簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)架，見(jiàn)圖7-2a)和和(簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)殼，見(jiàn)圖簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)殼，見(jiàn)圖7-2b,c)。網(wǎng)架可布置成雙層或。網(wǎng)架可布置成雙層或三層，雙層網(wǎng)架是最常用的一種網(wǎng)架形式。三層，雙層網(wǎng)架是最常用的一種網(wǎng)架形式。 25/253

23、圖圖7-2 網(wǎng)架網(wǎng)架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)a) 平面網(wǎng)架平面網(wǎng)架 b) 球冠形網(wǎng)殼球冠形網(wǎng)殼 c) 曲面網(wǎng)殼曲面網(wǎng)殼1-內(nèi)天溝內(nèi)天溝 2-墻架墻架 3-輕質(zhì)條形墻板輕質(zhì)條形墻板 4-網(wǎng)架板網(wǎng)架板 5-懸掛吊車(chē)懸掛吊車(chē) 6-混凝土柱混凝土柱 7-坡度小立柱坡度小立柱 8-網(wǎng)架網(wǎng)架 26/253附圖附圖1 曲面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)曲面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu) 與弧形網(wǎng)架類(lèi)似，但曲面網(wǎng)架的空間構(gòu)造更與弧形網(wǎng)架類(lèi)似，但曲面網(wǎng)架的空間構(gòu)造更富有變化，也更復(fù)雜，由多個(gè)平面內(nèi)的弧線或曲富有變化，也更復(fù)雜，由多個(gè)平面內(nèi)的弧線或曲線構(gòu)成的一個(gè)曲面，形成層次更豐富的外觀造型。線構(gòu)成的一個(gè)曲面，形成層次更豐富的外觀造型。27/253 球型鋼網(wǎng)殼見(jiàn)球型鋼

24、網(wǎng)殼見(jiàn)附圖附圖1，建筑直徑，建筑直徑21m，建，建筑高度為筑高度為20.5m，基本是整球，支座落地，球，基本是整球，支座落地，球殼通過(guò)殼通過(guò)20個(gè)支點(diǎn)（每個(gè)支點(diǎn)設(shè)垂直和徑向兩個(gè)支點(diǎn)（每個(gè)支點(diǎn)設(shè)垂直和徑向兩個(gè)支座）支撐在直徑個(gè)支座）支撐在直徑10米的鋼筋混凝土圓柱米的鋼筋混凝土圓柱上。支座高度為上。支座高度為20cm，因此球殼底邊直徑為，因此球殼底邊直徑為10.4m。球殼周邊為寬。球殼周邊為寬18m，深，深1m的環(huán)形水的環(huán)形水面，人通過(guò)球殼東西兩側(cè)水面下的兩條通道面，人通過(guò)球殼東西兩側(cè)水面下的兩條通道進(jìn)入球殼內(nèi)部，通道兩側(cè)設(shè)有輔助用房。進(jìn)入球殼內(nèi)部，通道兩側(cè)設(shè)有輔助用房。28/253 球殼內(nèi)部通

25、過(guò)球殼內(nèi)部通過(guò)10m直徑的鋼筋混凝土圓筒直徑的鋼筋混凝土圓筒（厚度為（厚度為0.3m）建兩層設(shè)備層，一層在地下，一）建兩層設(shè)備層，一層在地下，一層在地上，在層在地上，在3.2m標(biāo)高處鋼筋混凝土圓筒延與水標(biāo)高處鋼筋混凝土圓筒延與水平面成平面成750角逐漸增大。上部設(shè)兩層房屋，一層角逐漸增大。上部設(shè)兩層房屋，一層建筑面積為建筑面積為70m2，二層建筑面積為，二層建筑面積為98m2，屋頂，屋頂平臺(tái)建筑面積為平臺(tái)建筑面積為138m2，在房屋外側(cè)設(shè)旋轉(zhuǎn)樓梯，在房屋外側(cè)設(shè)旋轉(zhuǎn)樓梯可上到屋頂平臺(tái)，平臺(tái)周邊設(shè)防護(hù)欄，在平臺(tái)上可上到屋頂平臺(tái)，平臺(tái)周邊設(shè)防護(hù)欄，在平臺(tái)上可進(jìn)行觀光及聯(lián)歡活動(dòng)。在上半球設(shè)有活動(dòng)馬道，

26、可進(jìn)行觀光及聯(lián)歡活動(dòng)。在上半球設(shè)有活動(dòng)馬道，馬道上端有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，人可以通過(guò)平臺(tái)的爬梯及馬道上端有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，人可以通過(guò)平臺(tái)的爬梯及電動(dòng)頂窗到球頂進(jìn)行檢修及維護(hù)。電動(dòng)頂窗到球頂進(jìn)行檢修及維護(hù)。29/253附圖附圖2 大興西紅門(mén)直徑大興西紅門(mén)直徑21m短程線網(wǎng)殼設(shè)計(jì)短程線網(wǎng)殼設(shè)計(jì) 30/2532. 桁架結(jié)構(gòu)組成及桿件截面形狀桁架結(jié)構(gòu)組成及桿件截面形狀 桁架結(jié)構(gòu)由桁架結(jié)構(gòu)由、和和三部分組三部分組成。成。 桁架結(jié)構(gòu)中常用的型材有工字鋼、桁架結(jié)構(gòu)中常用的型材有工字鋼、T型鋼、管型鋼、管材、角鋼、槽鋼、冷彎薄型材、熱軋中薄板以及冷材、角鋼、槽鋼、冷彎薄型材、熱軋中薄板以及冷軋板等。軋板等。 圖圖7-3給出了

27、常用上弦桿的截面形式。給出了常用上弦桿的截面形式。（如圖（如圖7-3d,e）。）。31/253圖圖7-3 常用上弦桿的截面形式常用上弦桿的截面形式a) 角鋼角鋼 b) 雙角鋼雙角鋼 c) 角鋼組焊的箱形角鋼組焊的箱形 d) T形形 e) 槽鋼組焊的槽鋼組焊的T形形 f) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 g) 箱形箱形 h) 工字形工字形32/253 圖圖7-4給出了常用的下弦桿的截面形式，給出了常用的下弦桿的截面形式，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。 可以看出，桁架結(jié)構(gòu)中上、下弦桿截面形式可以看出，桁架結(jié)構(gòu)中上、下弦桿截面形式基本相同，只是考慮到受力情況不同，主受力板基本相同，只是考慮到受力情況不

28、同，主受力板位置有所變化。一般情況下，位置有所變化。一般情況下，。腹桿截面形式與上、下弦桿截。腹桿截面形式與上、下弦桿截面形式也基本相同，腹桿主要承受軸心拉力或軸面形式也基本相同，腹桿主要承受軸心拉力或軸心壓力，所以心壓力，所以33/253圖圖7-4 常用下弦桿的截面形式常用下弦桿的截面形式a) 角鋼角鋼 b) 雙角鋼雙角鋼 c) T形形 d) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 e) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 f) 箱形箱形 g) 工字形工字形34/2533. 桁架結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式桁架結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式 焊接節(jié)點(diǎn)是指用焊接方法將各個(gè)不同方焊接節(jié)點(diǎn)是指用焊接方法將各個(gè)不同方向的型材組合成整體并

29、承受應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。圖向的型材組合成整體并承受應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。圖7-5a,b,c給出三種將型材直接焊接在一起的節(jié)給出三種將型材直接焊接在一起的節(jié)點(diǎn)，這些焊接節(jié)點(diǎn)雖然具有強(qiáng)度高、節(jié)省材點(diǎn)，這些焊接節(jié)點(diǎn)雖然具有強(qiáng)度高、節(jié)省材料、重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但焊接節(jié)點(diǎn)料、重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但焊接節(jié)點(diǎn)處焊縫密集，焊后殘余應(yīng)力高，應(yīng)力復(fù)雜，處焊縫密集，焊后殘余應(yīng)力高，應(yīng)力復(fù)雜，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。容易產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。35/253 如果結(jié)構(gòu)承受的是如果結(jié)構(gòu)承受的是，則焊接節(jié)點(diǎn)，則焊接節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量采用應(yīng)盡量采用。管材焊接節(jié)點(diǎn)相貫較。管材焊接節(jié)點(diǎn)相貫較多，制造比較困難，可采用插入多，制造比較困難，可采用插入(

30、見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-5d)或部分插入連接板或部分插入連接板(見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-5e)。目前多用。目前多用，即將各個(gè)方向的管材焊在一個(gè)空，即將各個(gè)方向的管材焊在一個(gè)空心鋼球上，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，受力合理心鋼球上，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，受力合理(見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-5f) 。36/253圖圖7-5 桁架結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式桁架結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式a) 工字鋼或工字鋼或T型鋼節(jié)點(diǎn)型鋼節(jié)點(diǎn) b) 角鋼桁架節(jié)點(diǎn)角鋼桁架節(jié)點(diǎn)c) 管材節(jié)點(diǎn)管材節(jié)點(diǎn) d) 插入連接板插入連接板 e) 部分插入連接板部分插入連接板 f) 球形節(jié)點(diǎn)球形節(jié)點(diǎn)37/2534. 桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征 桁架結(jié)構(gòu)桿件承受有桁架結(jié)構(gòu)桿件承受有、和和四種載荷，而大部分

31、桿件只承四種載荷，而大部分桿件只承受軸心力的作用，其受力合理、自重輕、材料受軸心力的作用，其受力合理、自重輕、材料利用率高。利用率高。應(yīng)盡量避免非節(jié)點(diǎn)載荷引起受壓應(yīng)盡量避免非節(jié)點(diǎn)載荷引起受壓弦桿局部彎曲，盡量使長(zhǎng)腹桿受拉，短腹桿受弦桿局部彎曲，盡量使長(zhǎng)腹桿受拉，短腹桿受壓，腹桿數(shù)量宜少，總長(zhǎng)度要短，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要壓，腹桿數(shù)量宜少，總長(zhǎng)度要短，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要簡(jiǎn)單合理。外形輪廓越接近外載荷引起的彎矩簡(jiǎn)單合理。外形輪廓越接近外載荷引起的彎矩圖形，其弦桿受力越為合理圖形，其弦桿受力越為合理。38/253 桁架形式的確定一般與桁架形式的確定一般與、有關(guān)。焊接桁架的設(shè)有關(guān)。焊接桁架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足、和和的要求

32、。一般桁架的要求。一般桁架的剛度多由桁架的高跨比控制，桁架結(jié)構(gòu)的承載的剛度多由桁架的高跨比控制，桁架結(jié)構(gòu)的承載力主要靠各組成桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及節(jié)點(diǎn)的力主要靠各組成桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度來(lái)保證，桁架的整體穩(wěn)定性通過(guò)合理的布置強(qiáng)度來(lái)保證，桁架的整體穩(wěn)定性通過(guò)合理的布置支撐體系或橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)來(lái)取得。支撐體系或橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)來(lái)取得。 桁架結(jié)構(gòu)中桁架結(jié)構(gòu)中比較簡(jiǎn)單，只需確比較簡(jiǎn)單，只需確定焊縫有效截面后，按照承受拉力和或壓力計(jì)算定焊縫有效截面后，按照承受拉力和或壓力計(jì)算公式，求出最大應(yīng)力，滿(mǎn)足許用應(yīng)力的要求即可。公式，求出最大應(yīng)力，滿(mǎn)足許用應(yīng)力的要求即可。39/2537.2.2 板殼結(jié)構(gòu)及其

33、力學(xué)特征板殼結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征a) 壓力容器壓力容器b) 飛機(jī)殼體飛機(jī)殼體c) 汽車(chē)起重機(jī)汽車(chē)起重機(jī)d) 門(mén)式起重機(jī)門(mén)式起重機(jī)40/253世界上最大的客機(jī)波音世界上最大的客機(jī)波音747 （416人）、空客人）、空客A380（840人）人）41/253波音波音747-400空客空客A380翼展翼展64.4米米79.8米米機(jī)長(zhǎng)機(jī)長(zhǎng)70.6米米73.0米米高高24.1米米最高載客量最高載客量416人人840人人最大商載最大商載65噸噸150噸噸起飛總重起飛總重362395噸噸最大航程最大航程13570公里公里貨位體積貨位體積1132立方米立方米空客空客A380比波音比波音747客機(jī)面積多出客機(jī)面積多出

34、40以上。以上。42/2531. 板殼結(jié)構(gòu)分類(lèi)及適用范圍板殼結(jié)構(gòu)分類(lèi)及適用范圍 板殼結(jié)構(gòu)是由板材焊接而成的剛性立體板殼結(jié)構(gòu)是由板材焊接而成的剛性立體結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺結(jié)構(gòu)，鋼板的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺寸，所以板殼結(jié)構(gòu)又稱(chēng)寸，所以板殼結(jié)構(gòu)又稱(chēng)薄壁結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)。 （1）按照）按照分類(lèi)，板分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)又分為殼結(jié)構(gòu)又分為和和，薄板結(jié)，薄板結(jié)構(gòu)是中面為平面，薄殼結(jié)構(gòu)是中面為曲面。構(gòu)是中面為平面，薄殼結(jié)構(gòu)是中面為曲面。43/253 （2）按照按照分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分為分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分為儲(chǔ)氣儲(chǔ)氣罐罐、儲(chǔ)液罐儲(chǔ)液罐、鍋爐壓力鍋爐壓力容器等要求密閉的容器，容器等要求密閉的容器，大直徑高

35、壓輸油管道、輸氣管道等，冶煉用的大直徑高壓輸油管道、輸氣管道等，冶煉用的高爐爐殼，交通運(yùn)載工具的輪船船體、飛機(jī)艙高爐爐殼，交通運(yùn)載工具的輪船船體、飛機(jī)艙體、客車(chē)車(chē)體等等。另外還有以鋼板形式為主體、客車(chē)車(chē)體等等。另外還有以鋼板形式為主要制造原材料的箱體結(jié)構(gòu)也屬于板殼結(jié)構(gòu)，如要制造原材料的箱體結(jié)構(gòu)也屬于板殼結(jié)構(gòu)，如汽車(chē)起重機(jī)箱形伸縮臂架、轉(zhuǎn)臺(tái)、車(chē)架、支腿，汽車(chē)起重機(jī)箱形伸縮臂架、轉(zhuǎn)臺(tái)、車(chē)架、支腿，挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗桿、鏟斗，門(mén)式起重機(jī)的主挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗桿、鏟斗，門(mén)式起重機(jī)的主梁、剛性支腿、撓性支腿等。梁、剛性支腿、撓性支腿等。44/253 （3）按照按照分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分、等。等

36、。 （4）按照按照分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分類(lèi)，板殼結(jié)構(gòu)可分分、和和等。等。45/2532. 板殼結(jié)構(gòu)的基本形式板殼結(jié)構(gòu)的基本形式 單壁結(jié)構(gòu)只由一層鋼板拼接而成，承受拉單壁結(jié)構(gòu)只由一層鋼板拼接而成，承受拉伸應(yīng)力的能力較強(qiáng)，而承受壓縮應(yīng)力的能力較弱。伸應(yīng)力的能力較強(qiáng)，而承受壓縮應(yīng)力的能力較弱。對(duì)于有密封要求的壓力容器，為了避免較大應(yīng)力對(duì)于有密封要求的壓力容器，為了避免較大應(yīng)力集中的作用，主體結(jié)構(gòu)往往采用單壁結(jié)構(gòu)，其連集中的作用，主體結(jié)構(gòu)往往采用單壁結(jié)構(gòu)，其連接處均采用對(duì)接接頭。接處均采用對(duì)接接頭。 為了提高板殼承受彎曲應(yīng)力、扭曲應(yīng)力和壓為了提高板殼承受彎曲應(yīng)力、扭曲應(yīng)力和壓縮應(yīng)力的能力，提高結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)

37、定性，往往在縮應(yīng)力的能力，提高結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性，往往在46/253結(jié)構(gòu)鋼板的內(nèi)側(cè)加裝有肋板支撐，形成板架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鋼板的內(nèi)側(cè)加裝有肋板支撐，形成板架結(jié)構(gòu)（圖（圖7-6a），其骨架多為），其骨架多為T(mén)形截面梁（圖形截面梁（圖7-6b）。）。板架結(jié)構(gòu)可以承受多種類(lèi)型的復(fù)雜載荷。板架結(jié)構(gòu)可以承受多種類(lèi)型的復(fù)雜載荷。圖圖7-6 板殼結(jié)構(gòu)的骨架形式板殼結(jié)構(gòu)的骨架形式a) 板架結(jié)構(gòu)板架結(jié)構(gòu) b) 骨架形式骨架形式a)b)47/253箱型板殼結(jié)構(gòu)主要是以板材經(jīng)過(guò)冷或熱箱型板殼結(jié)構(gòu)主要是以板材經(jīng)過(guò)冷或熱加工后形成截面為方形、長(zhǎng)方形、圓形，具加工后形成截面為方形、長(zhǎng)方形、圓形，具有縱向焊縫的結(jié)構(gòu)形式，也可以采用型

38、材焊有縱向焊縫的結(jié)構(gòu)形式，也可以采用型材焊接而成，其抗彎能力和穩(wěn)定性較強(qiáng)。在較大接而成，其抗彎能力和穩(wěn)定性較強(qiáng)。在較大尺寸和特殊情況下，內(nèi)部也可以加焊肋板以尺寸和特殊情況下，內(nèi)部也可以加焊肋板以進(jìn)一步提高其抗彎能力。進(jìn)一步提高其抗彎能力。48/2533. 板殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征板殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征 板殼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的綜合力學(xué)特征，板殼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的綜合力學(xué)特征，能夠承受多方向的能夠承受多方向的拉、壓、彎、扭拉、壓、彎、扭等形式等形式的靜載、動(dòng)載和疲勞載荷，具有較強(qiáng)的形的靜載、動(dòng)載和疲勞載荷，具有較強(qiáng)的形狀穩(wěn)定性和抗變形能力。板殼結(jié)構(gòu)類(lèi)型不狀穩(wěn)定性和抗變形能力。板殼結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同，其力學(xué)特征也不盡相同。

39、同，其力學(xué)特征也不盡相同。49/253 主要以主要以為主，承受較大的內(nèi)部為主，承受較大的內(nèi)部壓力。在殼體壁板上形成壓力。在殼體壁板上形成的的多種應(yīng)力，如：內(nèi)部壓力引起的多種應(yīng)力，如：內(nèi)部壓力引起的、附加載荷引起的附加載荷引起的、幾何形狀不連續(xù)、幾何形狀不連續(xù)引起的引起的、溫度差引起的、溫度差引起的和焊接過(guò)程引起的和焊接過(guò)程引起的。這些拉伸應(yīng)。這些拉伸應(yīng)力有可能使得局部應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度力有可能使得局部應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度和斷裂韌性指標(biāo)，造成變形和斷裂。和斷裂韌性指標(biāo)，造成變形和斷裂。50/253 典型的板殼焊接結(jié)構(gòu)形式，為了減輕自典型的板殼焊接結(jié)構(gòu)形式，為了減輕自身的重量，往往采用薄板制

40、造。梁柱的截面形身的重量，往往采用薄板制造。梁柱的截面形狀大多數(shù)為箱形、工字形、圓形、狀大多數(shù)為箱形、工字形、圓形、T T形等。形等。 。梁橫截面上存在。梁橫截面上存在和和兩種應(yīng)力，兩種應(yīng)力，一般情況下，正應(yīng)力是支配梁強(qiáng)度計(jì)算的主要一般情況下，正應(yīng)力是支配梁強(qiáng)度計(jì)算的主要因素，只有在某些特殊情況下，才需進(jìn)行切應(yīng)因素，只有在某些特殊情況下，才需進(jìn)行切應(yīng)力強(qiáng)度校核。力強(qiáng)度校核。51/253 在橫向彎矩應(yīng)力的作用下，橫截面上的在橫向彎矩應(yīng)力的作用下，橫截面上的正應(yīng)力由下列公式計(jì)算：正應(yīng)力由下列公式計(jì)算：zIMy（7-1） 式中，式中，為橫截面上任意點(diǎn)處的正應(yīng)力；為橫截面上任意點(diǎn)處的正應(yīng)力；M為橫截面

41、上的彎矩；為橫截面上的彎矩；y為橫截面上任一點(diǎn)的為橫截面上任一點(diǎn)的縱坐標(biāo)；縱坐標(biāo)； 為橫截面對(duì)水平中性軸為橫截面對(duì)水平中性軸z的慣性矩。的慣性矩。zI52/253 由式由式(7-1)可知，橫截面上的正應(yīng)力沿截可知，橫截面上的正應(yīng)力沿截面高度方向呈線性分布，在中性軸處的正應(yīng)面高度方向呈線性分布，在中性軸處的正應(yīng)力為零，中性軸的上、下兩側(cè)截面分別受拉力為零，中性軸的上、下兩側(cè)截面分別受拉和受壓，在上、下邊緣處的正應(yīng)力最大。和受壓，在上、下邊緣處的正應(yīng)力最大。 這些這些一般都遠(yuǎn)小于薄板的拉伸一般都遠(yuǎn)小于薄板的拉伸強(qiáng)度，不會(huì)使板材產(chǎn)生拉伸屈服或斷裂，而強(qiáng)度，不會(huì)使板材產(chǎn)生拉伸屈服或斷裂，而有利的作用是

42、使薄板更加平整和美觀。有利的作用是使薄板更加平整和美觀。53/253 但但卻會(huì)給薄板帶來(lái)穩(wěn)定性的問(wèn)題，卻會(huì)給薄板帶來(lái)穩(wěn)定性的問(wèn)題，如果薄板構(gòu)件所受軸向壓應(yīng)力小于臨界失穩(wěn)壓如果薄板構(gòu)件所受軸向壓應(yīng)力小于臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力，即應(yīng)力，即acr，則可以認(rèn)為薄板構(gòu)件不會(huì)發(fā)，則可以認(rèn)為薄板構(gòu)件不會(huì)發(fā)生生，反之則薄板結(jié)構(gòu)將發(fā)生失穩(wěn)。輕，反之則薄板結(jié)構(gòu)將發(fā)生失穩(wěn)。輕者引起板材變形，重者導(dǎo)致薄板結(jié)構(gòu)的失效。者引起板材變形，重者導(dǎo)致薄板結(jié)構(gòu)的失效。 主要承受主要承受和和，應(yīng)力是兩者產(chǎn)生的應(yīng)力之和。細(xì)，應(yīng)力是兩者產(chǎn)生的應(yīng)力之和。細(xì)長(zhǎng)壓桿的承載能力并不取決于軸向抗壓強(qiáng)度，長(zhǎng)壓桿的承載能力并不取決于軸向抗壓強(qiáng)度，而取決于受

43、壓時(shí)是否能保持直線形態(tài)的平衡而取決于受壓時(shí)是否能保持直線形態(tài)的平衡。54/253 若將外加壓力考慮成與軸線重合的理想若將外加壓力考慮成與軸線重合的理想長(zhǎng)柱力學(xué)模型，則將長(zhǎng)柱由直線穩(wěn)定平衡轉(zhuǎn)長(zhǎng)柱力學(xué)模型，則將長(zhǎng)柱由直線穩(wěn)定平衡轉(zhuǎn)化為不平衡時(shí)所受到的軸向壓力的極限值稱(chēng)化為不平衡時(shí)所受到的軸向壓力的極限值稱(chēng)為臨界壓力：為臨界壓力：22Ecr(7-2) 式中，式中，稱(chēng)為壓桿的柔度或長(zhǎng)細(xì)比，反稱(chēng)為壓桿的柔度或長(zhǎng)細(xì)比，反應(yīng)桿端約束情況、壓桿長(zhǎng)度、截面形狀和尺應(yīng)桿端約束情況、壓桿長(zhǎng)度、截面形狀和尺寸等因素對(duì)臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力的綜合影響。寸等因素對(duì)臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力的綜合影響。55/253 板材所具有的臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力

44、為：板材所具有的臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力為：2)(BKcr（7-3） 式中，式中，為板厚；為板厚；B為板寬；為板寬；K為與拘束情為與拘束情況有關(guān)的系數(shù)。況有關(guān)的系數(shù)。56/253 可見(jiàn)可見(jiàn)。設(shè)計(jì)薄板結(jié)構(gòu)最重要的問(wèn)題是要保證。設(shè)計(jì)薄板結(jié)構(gòu)最重要的問(wèn)題是要保證其局部穩(wěn)定性，其局部穩(wěn)定性，：57/2537.2.3 實(shí)體結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征實(shí)體結(jié)構(gòu)及其力學(xué)特征a) 減速器箱體減速器箱體b) 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪c) 齒輪齒輪d) 機(jī)車(chē)用柴油機(jī)機(jī)身機(jī)車(chē)用柴油機(jī)機(jī)身58/2531. 實(shí)體結(jié)構(gòu)分類(lèi)及適用范圍實(shí)體結(jié)構(gòu)分類(lèi)及適用范圍 又稱(chēng)為實(shí)腹式結(jié)構(gòu)，其截面部分是連續(xù)的，一又稱(chēng)為實(shí)腹式結(jié)構(gòu)，其截面部分是連續(xù)的，一般由軋制型鋼

45、制成，常采用角鋼、工字鋼、般由軋制型鋼制成，常采用角鋼、工字鋼、T形鋼、形鋼、圓鋼管、方形鋼管等。圓鋼管、方形鋼管等。構(gòu)件受力較大時(shí)，可用軋制型構(gòu)件受力較大時(shí)，可用軋制型鋼或鋼板焊接成工字形、圓管形、箱形等組合截面。鋼或鋼板焊接成工字形、圓管形、箱形等組合截面。 。在焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)。在焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，實(shí)體結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于各種機(jī)器的機(jī)身和旋轉(zhuǎn)構(gòu)品中，實(shí)體結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于各種機(jī)器的機(jī)身和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，如機(jī)床機(jī)身、鍛壓機(jī)械梁柱、減速器箱體、柴油件，如機(jī)床機(jī)身、鍛壓機(jī)械梁柱、減速器箱體、柴油機(jī)機(jī)身、齒輪、滑輪、皮帶輪、飛輪、鼓筒、發(fā)電機(jī)機(jī)機(jī)身、齒輪、滑輪、皮帶輪、飛輪、鼓筒、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和水輪機(jī)工作

46、輪等。轉(zhuǎn)子支架、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和水輪機(jī)工作輪等。 59/2532. 實(shí)體結(jié)構(gòu)的基本形式實(shí)體結(jié)構(gòu)的基本形式 實(shí)體結(jié)構(gòu)的主體形式是實(shí)體結(jié)構(gòu)的主體形式是，其斷面形，其斷面形狀為規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形或多邊形，狀為規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形或多邊形，也具有圓形結(jié)構(gòu)。也具有圓形結(jié)構(gòu)。 是是，其結(jié)構(gòu)是由與主軸垂直和平行的許多鋼板焊接而其結(jié)構(gòu)是由與主軸垂直和平行的許多鋼板焊接而成。與主軸平行的板狀元件有水平板、中側(cè)板、成。與主軸平行的板狀元件有水平板、中側(cè)板、支承板、內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板，這些縱向的鋼板貫穿支承板、內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板，這些縱向的鋼板貫穿整個(gè)機(jī)身長(zhǎng)度，內(nèi)側(cè)板、中側(cè)板和外側(cè)板上端和整個(gè)機(jī)身長(zhǎng)度，內(nèi)側(cè)板

47、、中側(cè)板和外側(cè)板上端和頂板焊在一起，下端和主軸承座焊在一起。與主頂板焊在一起，下端和主軸承座焊在一起。與主60/253 機(jī)車(chē)用柴油機(jī)機(jī)身機(jī)車(chē)用柴油機(jī)機(jī)身61/253軸垂直的鋼板下端與主軸承座焊在一起，上端與軸垂直的鋼板下端與主軸承座焊在一起，上端與左右頂板焊在一起。這些縱橫交錯(cuò)的板材形成了左右頂板焊在一起。這些縱橫交錯(cuò)的板材形成了大小不一、形狀各異的箱格結(jié)構(gòu)。大小不一、形狀各異的箱格結(jié)構(gòu)。 實(shí)體結(jié)構(gòu)焊接接頭形狀多樣，常有實(shí)體結(jié)構(gòu)焊接接頭形狀多樣，常有和和，采用，采用。實(shí)體結(jié)構(gòu)壁厚變。實(shí)體結(jié)構(gòu)壁厚變化較大，不同厚度板材的對(duì)接接頭，在厚板上采化較大，不同厚度板材的對(duì)接接頭，在厚板上采取平緩過(guò)渡措施

48、。由于實(shí)體結(jié)構(gòu)中各部位的力學(xué)取平緩過(guò)渡措施。由于實(shí)體結(jié)構(gòu)中各部位的力學(xué)性能要求不一樣，常常采用鑄造或鍛造部件，因性能要求不一樣，常常采用鑄造或鍛造部件，因此此。62/2533. 實(shí)體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征實(shí)體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征 實(shí)體結(jié)構(gòu)多為機(jī)器部件，受力復(fù)雜。由實(shí)體結(jié)構(gòu)多為機(jī)器部件，受力復(fù)雜。由于承受負(fù)載重量、運(yùn)動(dòng)部件之間的作用力和于承受負(fù)載重量、運(yùn)動(dòng)部件之間的作用力和運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力，尤其部件之間的作用運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力，尤其部件之間的作用力往往是高周或低周循環(huán)的交變載荷，因此力往往是高周或低周循環(huán)的交變載荷，因此實(shí)體結(jié)構(gòu)要具有實(shí)體結(jié)構(gòu)要具有和和。實(shí)體結(jié)構(gòu)也必須有實(shí)體結(jié)構(gòu)也必須有，以保證機(jī)器，以保證機(jī)

49、器運(yùn)行時(shí)，在承受各種作用力的情況下不致發(fā)運(yùn)行時(shí)，在承受各種作用力的情況下不致發(fā)生不可接受的變形。生不可接受的變形。63/253 實(shí)體結(jié)構(gòu)中的焊縫數(shù)量較多，且分布集中，不實(shí)體結(jié)構(gòu)中的焊縫數(shù)量較多，且分布集中，不可避免存有嚴(yán)重的可避免存有嚴(yán)重的，這對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的，這對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性有較大的影響，尤其是切削機(jī)床的機(jī)身要求穩(wěn)定性有較大的影響，尤其是切削機(jī)床的機(jī)身要求尺寸穩(wěn)定性更高，所以這類(lèi)焊接機(jī)身必須在尺寸穩(wěn)定性更高，所以這類(lèi)焊接機(jī)身必須在。 實(shí)體結(jié)構(gòu)的板材或型材厚度比較大，對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)的板材或型材厚度比較大，對(duì)，一般采用韌性比較高的低碳鋼和，一般采用韌性比較高的低碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼材料。采用對(duì)接接頭和

50、全焊透的低合金高強(qiáng)鋼材料。采用對(duì)接接頭和全焊透的T形形接頭，承受各種拉、壓、剪切、彎矩力的作用。接頭，承受各種拉、壓、剪切、彎矩力的作用。 。64/253 當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)采用焊接方法制造時(shí)，必須做該當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)采用焊接方法制造時(shí)，必須做該產(chǎn)品的焊接設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的焊接設(shè)計(jì)。包括包括、等，每一設(shè)計(jì)等，每一設(shè)計(jì)都有其詳細(xì)的具體內(nèi)容。都有其詳細(xì)的具體內(nèi)容。 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是焊接產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中心內(nèi)容，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是焊接產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中心內(nèi)容，是在全面考慮了焊接接頭靜載力學(xué)性能、焊接變是在全面考慮了焊接接頭靜載力學(xué)性能、焊接變形與應(yīng)力、焊接結(jié)構(gòu)斷裂性能、疲勞性能、應(yīng)力形與應(yīng)力、焊接結(jié)構(gòu)斷裂性能、疲勞性能、應(yīng)力腐蝕破壞、高

51、溫性能和焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征等特點(diǎn)腐蝕破壞、高溫性能和焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特征等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。65/2537.3.1 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1. 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn) 只要只要具有足夠操作空間的金屬結(jié)構(gòu)，都可以采用焊具有足夠操作空間的金屬結(jié)構(gòu)，都可以采用焊接結(jié)構(gòu)。接結(jié)構(gòu)。 任何任何大型的金屬結(jié)構(gòu)，只要在起重和運(yùn)輸條件允許大型的金屬結(jié)構(gòu)，只要在起重和運(yùn)輸條件允許的尺寸范圍，就可以把它劃分成若干部件分別的尺寸范圍，就可以把它劃分成若干部件分別制造，然后吊運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接成整體。制造，然后吊運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接成整體。66/253 被焊接被焊接的兩構(gòu)件的材

52、料厚度，可厚可薄，厚與薄相的兩構(gòu)件的材料厚度，可厚可薄，厚與薄相差很大的兩構(gòu)件也能互相焊接。差很大的兩構(gòu)件也能互相焊接。 在在同一個(gè)結(jié)構(gòu)上，可以按實(shí)際需要在不同部位同一個(gè)結(jié)構(gòu)上，可以按實(shí)際需要在不同部位配置不同性能的金屬材料，做到物盡其用，配置不同性能的金屬材料，做到物盡其用，如復(fù)合齒輪等。如復(fù)合齒輪等。67/253 這些軋制型材可以是標(biāo)準(zhǔn)的，也可這些軋制型材可以是標(biāo)準(zhǔn)的，也可以按需要設(shè)計(jì)成專(zhuān)用的，這樣的結(jié)構(gòu)重量輕、以按需要設(shè)計(jì)成專(zhuān)用的，這樣的結(jié)構(gòu)重量輕、焊縫少。焊縫少。 如設(shè)如設(shè)計(jì)成鑄計(jì)成鑄-焊結(jié)構(gòu)、鍛焊結(jié)構(gòu)、鍛-焊結(jié)構(gòu)、栓焊結(jié)構(gòu)、栓-焊結(jié)構(gòu)、沖焊結(jié)構(gòu)、沖壓壓-焊接結(jié)構(gòu)等。焊接結(jié)構(gòu)等。68/

53、2532. 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 所設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足下列基本要求：所設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足下列基本要求： 焊接結(jié)構(gòu)必須達(dá)到產(chǎn)品所要焊接結(jié)構(gòu)必須達(dá)到產(chǎn)品所要求的使用功能和預(yù)期效果。求的使用功能和預(yù)期效果。 焊接結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)必須安焊接結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)必須安全可靠全可靠, 受力必須合理，能滿(mǎn)足靜載強(qiáng)度、疲受力必須合理，能滿(mǎn)足靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、韌性、剛度、穩(wěn)定性、抗振性和耐蝕勞強(qiáng)度、韌性、剛度、穩(wěn)定性、抗振性和耐蝕性等各方面的要求。性等各方面的要求。69/253金屬材料應(yīng)具有良好的焊接金屬材料應(yīng)具有良好的焊接性能，焊接結(jié)構(gòu)必須能夠方便的進(jìn)行焊接操性能，焊接結(jié)構(gòu)必須能夠方

54、便的進(jìn)行焊接操作，能夠進(jìn)行焊前預(yù)加工和必要的焊后處理，作，能夠進(jìn)行焊前預(yù)加工和必要的焊后處理，也具有焊接與檢驗(yàn)操作的可達(dá)性。此外，焊也具有焊接與檢驗(yàn)操作的可達(dá)性。此外，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮機(jī)械化和自動(dòng)化焊接的接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮機(jī)械化和自動(dòng)化焊接的要求。要求。制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，所消耗的制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，所消耗的原材料、能源和工時(shí)應(yīng)最少，其綜合成本盡原材料、能源和工時(shí)應(yīng)最少，其綜合成本盡可能低?？赡艿?。70/253 對(duì)一個(gè)具體焊接產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這些基對(duì)一個(gè)具體焊接產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這些基本要求必須統(tǒng)籌兼顧，它們之間的關(guān)系本要求必須統(tǒng)籌兼顧，它們之間的關(guān)系是：是：，。 此外，在可能的條件下此外，在可能的條件下。 7

55、1/2533. 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法 對(duì)于大型復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般分為對(duì)于大型復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般分為、和和三個(gè)工作階段。其中最重三個(gè)工作階段。其中最重要的確定焊接結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的任務(wù)是在技術(shù)設(shè)計(jì)階要的確定焊接結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的任務(wù)是在技術(shù)設(shè)計(jì)階段完成。段完成。，設(shè)計(jì)方法有，設(shè)計(jì)方法有和和，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前大量采用的仍，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前大量采用的仍然是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法；大型或重要然是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法；大型或重要的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逐漸采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的可靠性的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逐漸采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的可靠性設(shè)計(jì)法；隨著計(jì)算機(jī)和有限元方法的發(fā)展

56、，對(duì)于焊接設(shè)計(jì)法；隨著計(jì)算機(jī)和有限元方法的發(fā)展，對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)局部細(xì)節(jié)，已經(jīng)開(kāi)始采用有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)結(jié)構(gòu)局部細(xì)節(jié)，已經(jīng)開(kāi)始采用有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)方法。計(jì)方法。 72/253 許用應(yīng)力設(shè)計(jì)方法又稱(chēng)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法或許用應(yīng)力設(shè)計(jì)方法又稱(chēng)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法或常規(guī)定值設(shè)計(jì)法，是以滿(mǎn)足工作能力為基本要常規(guī)定值設(shè)計(jì)法，是以滿(mǎn)足工作能力為基本要求的一種設(shè)計(jì)方法。對(duì)于一般用途的構(gòu)件，設(shè)求的一種設(shè)計(jì)方法。對(duì)于一般用途的構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)需要滿(mǎn)足的強(qiáng)度條件或剛度條件分別為：計(jì)時(shí)需要滿(mǎn)足的強(qiáng)度條件或剛度條件分別為： 73/253 許用應(yīng)力、許用變形和許用安全系數(shù)許用應(yīng)力、許用變形和許用安全系數(shù)一般由國(guó)家工程主管部門(mén)根據(jù)安

57、全和經(jīng)濟(jì)的一般由國(guó)家工程主管部門(mén)根據(jù)安全和經(jīng)濟(jì)的原則，按照材料的強(qiáng)度、載荷、環(huán)境情況、原則，按照材料的強(qiáng)度、載荷、環(huán)境情況、加工質(zhì)量、計(jì)算精確度和構(gòu)件的重要性等予加工質(zhì)量、計(jì)算精確度和構(gòu)件的重要性等予以確定。以確定。 在我國(guó)，鍋爐、壓力容器、起重機(jī)、在我國(guó)，鍋爐、壓力容器、起重機(jī)、鐵路車(chē)輛、橋梁等行業(yè)都在各自的設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路車(chē)輛、橋梁等行業(yè)都在各自的設(shè)計(jì)規(guī)范中確定了各種材料的許用應(yīng)力、許用變形和中確定了各種材料的許用應(yīng)力、許用變形和許用安全系數(shù)。許用安全系數(shù)。 74/253 在機(jī)械工程中可靠性設(shè)計(jì)是保證機(jī)械及零部在機(jī)械工程中可靠性設(shè)計(jì)是保證機(jī)械及零部件滿(mǎn)足給定可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法。件滿(mǎn)足

58、給定可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法。 與上述許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法不同，與上述許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法不同，。因而其設(shè)計(jì)結(jié)果更符合實(shí)際，。因而其設(shè)計(jì)結(jié)果更符合實(shí)際，做到既安全可靠而又經(jīng)濟(jì)。對(duì)于重要的機(jī)械或要做到既安全可靠而又經(jīng)濟(jì)。對(duì)于重要的機(jī)械或要求質(zhì)量小、可靠性高的構(gòu)件都應(yīng)采用這種設(shè)計(jì)法。求質(zhì)量小、可靠性高的構(gòu)件都應(yīng)采用這種設(shè)計(jì)法。 75/253 可靠性設(shè)計(jì)是一門(mén)新興學(xué)科，目前正處在積可靠性設(shè)計(jì)是一門(mén)新興學(xué)科，目前正處在積極發(fā)展和完善階段，設(shè)計(jì)所需的呈分布狀態(tài)的各極發(fā)展和完善階段，設(shè)計(jì)所需的呈分布狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，有些還須試驗(yàn)、采集和積累。種數(shù)據(jù)，有些還須試驗(yàn)、采集和積累。 在我國(guó)，按照在我國(guó)，按照GB50017

59、2003規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物的鋼規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除疲勞強(qiáng)度計(jì)算外，應(yīng)采用以概率理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除疲勞強(qiáng)度計(jì)算外，應(yīng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這是為了保證所論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這是為了保證所設(shè)計(jì)的構(gòu)件能滿(mǎn)足預(yù)期可靠度要求，必須使載荷設(shè)計(jì)的構(gòu)件能滿(mǎn)足預(yù)期可靠度要求，必須使載荷引起在構(gòu)件截面或連接中的應(yīng)力效應(yīng)小于或等于引起在構(gòu)件截面或連接中的應(yīng)力效應(yīng)小于或等于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 76/253 上述兩種方法都屬于數(shù)學(xué)中的解析方法，適上述兩種方法都屬于數(shù)學(xué)中的解析方法，適用于焊接結(jié)構(gòu)的整體形狀和尺寸的設(shè)計(jì)。對(duì)于焊接用于焊接結(jié)構(gòu)的整體形

60、狀和尺寸的設(shè)計(jì)。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)的局部細(xì)節(jié)來(lái)說(shuō)，計(jì)算起來(lái)繁瑣而又不準(zhǔn)確。結(jié)構(gòu)的局部細(xì)節(jié)來(lái)說(shuō)，計(jì)算起來(lái)繁瑣而又不準(zhǔn)確。 近年來(lái)，有限元數(shù)值模擬方法在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)近年來(lái)，有限元數(shù)值模擬方法在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用得到快速發(fā)展，逐漸形成了獨(dú)具特色的有中的應(yīng)用得到快速發(fā)展，逐漸形成了獨(dú)具特色的有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)法。與許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法或可限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)法。與許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法或可靠性設(shè)計(jì)方法共同使用，彌補(bǔ)了這兩種方法的細(xì)節(jié)靠性設(shè)計(jì)方法共同使用，彌補(bǔ)了這兩種方法的細(xì)節(jié)問(wèn)題處理的不足，使得焊接結(jié)構(gòu)更加安全可靠。問(wèn)題處理的不足，使得焊接結(jié)構(gòu)更加安全可靠。77/253 采用有限元數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì)方法來(lái)分析采用有限